KR20100034612A - Method for fabricating flash memory device having 3-dimensional structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of the flash memory device of three dimensional structure embodies the memory cell about the semiconductor substrate as the vertical direction. The degree of integration of the memory cell is multiplied in the substrate area without limit. CONSTITUTION: Area-source is formed in the substrate(300). In the top of the substrate, the source selection transistor connected to area-source is formed. The insulating layer and conductive layer are formed by turns on outcome and the gate(420) of a plurality of memory cells is formed. The penetration hole in which the insulating layer and conductive layer are etched and exposing the channel region(370) of the source selection transistor is formed. The charge storage region(440) consisting of the tunneling layer in the inner wall of the penetration hole, and the charge trapping layer and blocking layer is formed.

Description

3차원 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법{Method for fabricating flash memory device having 3-dimensional structure}Method for fabricating flash memory device having three-dimensional structure {Method for fabricating flash memory device having 3-dimensional structure}

본 발명은 플래시 메모리소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 3차원 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a flash memory device, and more particularly, to a method for manufacturing a flash memory device having a three-dimensional structure.

일반적으로, 데이터를 저장하기 위해 사용되는 반도체 메모리소자는 휘발성(volatile) 메모리소자와 불휘발성(non-volatile) 메모리소자로 구별될 수 있다. 휘발성 메모리소자는 전원 공급이 중단됨에 따라 저장된 데이터를 소실하지만, 불휘발성 메모리소자는 전원 공급이 중단되더라도 저장된 데이터를 유지한다. 따라서 이동전화시스템, 음악 및/또는 영상 데이터를 저장하기 위한 메모리카드 및 그 밖의 다른 응용 장치에서와 같이, 전원을 항상 사용할 수 없거나 종종 중단되거나, 또는 낮은 파워 사용이 요구되는 상황에서는 불휘발성 메모리소자가 폭넓게 사용된다. 이와 같은 불휘발성 메모리소자의 대표적인 예가 일괄 소거가 가능한 플래시(flash) 메모리소자이다.In general, semiconductor memory devices used to store data can be classified into volatile memory devices and non-volatile memory devices. Volatile memory devices lose their stored data when their power supplies are interrupted, while nonvolatile memory devices retain their stored data even when their power supplies are interrupted. Thus, such as in mobile phone systems, memory cards and other applications for storing music and / or video data, nonvolatile memory devices in situations where power is not always available, often interrupted, or where low power usage is required. Is widely used. A typical example of such a nonvolatile memory device is a flash memory device capable of batch erasing.

전자기기의 소형화 및 경량화에 따라 플래시 메모리소자의 경우에도 보다 작은 크기의 셀에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 반도체기판 위에 단일 층으로 메모리 셀을 형성하는 현재의 2차원적 셀 구조에서는 패터닝 기술의 한계와 패키징 기술의 한계에 의해 메모리 셀의 집적도가 결정되었다. 이러한 패키징 기술의 한계를 극복하기 위해 소자의 선폭의 크기를 지속적으로 감소시켜 메모리소자의 집적도를 증가시켜왔다. 그러나, 패터닝 기술이 일정 부분 한계에 도달함에 따라 메모리소자의 집적도가 제한되고, 시장에서의 지속적인 집적도 증가를 요구하고 있는 상황에서 현재의 2차원적 셀 구조로는 이러한 요구에 부응하기가 어렵다.With the miniaturization and light weight of electronic devices, the demand for smaller size cells is increasing even in the case of flash memory devices. However, in the current two-dimensional cell structure in which memory cells are formed as a single layer on a semiconductor substrate, the degree of integration of the memory cells is determined by the limitations of the patterning technology and the packaging technology. In order to overcome the limitations of the packaging technology, the line width of the device has been continuously reduced to increase the density of the memory device. However, as the patterning technology reaches a certain limit, the integration of memory devices is limited, and it is difficult to meet these demands with the current two-dimensional cell structure in a situation that demands continuous increase in the market.

이러한 2차원 구조의 단점을 개선하기 위하여 제안된 구조가 3차원 셀 구조이다. 3차원 셀 구조는 크게 현재와 동일한 2차원 구조를 상부에 동일하게 적층하는 구조와, 기존 개념과는 상이하게 실리콘기판과 수직 방향으로 채널을 형성하는 구조로 나뉘어진다. 그러나, 현재와 동일한 2차원 구조를 상부에 동일하게 적층하는 구조의 경우 집적도 증가에 제한이 있고, 실리콘기판과 수직방향으로 채널을 형성하는 방법의 경우에는 셀 구조가 공핍 트랜지스터 구조로 형성되고 웰을 형성하지 못하므로, 소거동작시 기존의 파울러-노드하임 터널링(F-N tunneling)이 아닌 핫 홀(hot hole) 형성에 의한 홀 주입 방법으로 이루어지므로, 일정 집적도 이상은 구현하기 어려운 단점이 있다.In order to improve the disadvantage of the two-dimensional structure, the proposed structure is a three-dimensional cell structure. The three-dimensional cell structure is largely divided into a structure in which the same two-dimensional structure is stacked on top of the present, and a channel is formed in a vertical direction with the silicon substrate, unlike the existing concept. However, in the case of stacking the same two-dimensional structure on top of the present, there is a limitation in increasing the degree of integration, and in the case of forming a channel in a vertical direction with the silicon substrate, the cell structure is formed of a depletion transistor structure and the wells are formed. Since it is not formed, since the hole injection method is formed by hot hole formation rather than conventional FN tunneling during the erasing operation, it is difficult to implement more than a certain degree of integration.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체기판에 대해 수직 방향으로 메모리 셀을 구현함으로써 기판 면적에 제한받지 않고 메모리 셀의 집적도를 증가시킬 수 있는 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flash memory device having a structure that can increase the degree of integration of the memory cell without being limited to the substrate area by implementing the memory cell in a vertical direction with respect to the semiconductor substrate.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 기판에 수직 방향으로 배열된 메모리 셀을 핫 홀 주입 방법이 아닌 스트링 전체를 동시에 소거하는 F-N 터널링 방식으로 소거할 수 있는 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flash memory device having a structure in which memory cells arranged in a vertical direction on a substrate can be erased by FN tunneling, which simultaneously erases the entire string instead of a hot hole injection method. There is.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 플래시 메모리소자의 제조방법은, 기판에 소스 영역을 형성하는 단계와, 기판 상에, 소스 영역과 연결된 소스 선택 트랜지스터를 형성하는 단계와, 소스 선택 트랜지스터가 형성된 기판 상에 절연층과 도전층을 교대로 복수 회 형성하여 복수 개의 메모리 셀의 게이트를 형성하는 단계와, 절연층과 도전층을 식각하여 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계와, 관통홀의 내벽에 터널링층, 전하트랩층 및 블로킹층으로 이루어진 전하저장영역을 형성하는 단계와, 전하저장영역이 형성된 관통홀의 내 측벽에 보호막을 형성하는 단계와, 소스 선택 트랜지스터의 채널 영역을 노출시키는 단계와, 관통홀을 반도체층으로 매립하여 셀 트랜지스터의 채널영역을 형성하는 단계, 및 셀 트랜지스터 상에 드레인 선택 트랜지스터를 형성하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention includes forming a source region on a substrate, forming a source select transistor connected to the source region on the substrate, and forming a source select transistor. Forming a plurality of gates of a plurality of memory cells by alternately forming an insulating layer and a conductive layer on the substrate, and forming a through hole exposing the channel region of the source selection transistor by etching the insulating layer and the conductive layer. And forming a charge storage region including a tunneling layer, a charge trap layer, and a blocking layer on an inner wall of the through hole, forming a protective film on an inner sidewall of the through hole where the charge storage region is formed, and a channel region of the source selection transistor. Exposing the through holes to the semiconductor layer to form a channel region of the cell transistor; , And it is characterized in that it comprises a step of forming a drain select transistor to the cell transistor.

상기 소스 선택 트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 절연층과 도전층을 차례로 적층하는 단계와, 상기 절연층 및 도전층을 식각하여 상기 소스 영역을 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 관통홀의 내벽에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 상기 소스 영역이 노출되도록 상기 게이트절연막을 식각하는 단계, 및 상기 관통홀을 반도체층으로 매립하여 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.The forming of the source selection transistor may include sequentially stacking an insulating layer and a conductive layer on the substrate, forming a through hole for exposing the source region by etching the insulating layer and the conductive layer; Forming a gate insulating film on an inner wall of the through hole, etching the gate insulating film to expose the source region, and forming a channel region of a source selection transistor by filling the through hole with a semiconductor layer. .

상기 보호막은 폴리실리콘막 또는 질화막으로 형성할 수 있다.The protective film may be formed of a polysilicon film or a nitride film.

상기 관통홀을 반도체층으로 매립하기 전에, 상기 보호막을 제거할 수 있다.The protective layer may be removed before the through hole is filled with the semiconductor layer.

상기 메모리 셀의 게이트를 형성하기 위한 상기 도전층은 폴리실리콘 또는 금속으로 형성할 수 있다.The conductive layer for forming the gate of the memory cell may be formed of polysilicon or a metal.

상기 터널링층을 형성하는 단계에서, 산소 또는 산소와 질소를 포함하는 분위기에서 실리콘화합물을 증착할 수 있다.In the forming of the tunneling layer, the silicon compound may be deposited in an atmosphere containing oxygen or oxygen and nitrogen.

상기 터널링층을 형성하는 단계 후, NO 또는 N2O 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the forming of the tunneling layer, the method may further include heat treatment in an NO or N 2 O atmosphere.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 플래시 메모리소자의 다른 제조방법은, 기판에 소스 영역을 형성하는 단계와, 기판 상에, 절연막과 도전층을 형성하는 단계와, 소스 영역을 노출시키는 제1 관통홀을 형성하는 단계와, 제1 관통홀의 측벽에 소스 선택 트랜지스터의 게이트절연막 및 채널영역을 차례로 형성 하는 단계와, 제1 관통홀에 의해 노출된 영역의 소스 영역에 웰을 형성하는 단계와, 제1 관통홀을 매립하여 소스 선택 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계와, 소스 선택 트랜지스터의 웰이 형성된 기판 상에, 절연층과 도전층을 교대로 복수 회 형성하여 복수 개의 메모리 셀의 게이트를 형성하는 단계와, 절연층과 도전층을 식각하여 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 노출시키는 제2 관통홀을 형성하는 단계와, 제2 관통홀의 내벽에 터널링층, 전하트랩층 및 블로킹층으로 이루어진 전하저장영역을 형성하는 단계와, 소스 선택 트랜지스터의 채널 영역이 노출되도록 제2 관통홀 바닥의 전하저장영역을 식각하는 단계와, 제2 관통홀의 내벽에 메모리 셀의 채널영역을 형성하는 단계와, 제2 관통홀을 매립하여 셀 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계, 및 셀 트랜지스터 상에 드레인 선택 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flash memory device, including: forming a source region on a substrate, forming an insulating layer and a conductive layer on the substrate, and exposing the source region; Forming a through hole, sequentially forming a gate insulating film and a channel region of a source selection transistor on sidewalls of the first through hole, forming a well in a source region of a region exposed by the first through hole; Forming a well of the source select transistor by filling the first through hole, and alternately forming an insulating layer and a conductive layer on the substrate on which the well of the source select transistor is formed to form gates of a plurality of memory cells Forming a second through hole through which the insulating layer and the conductive layer are etched to expose the channel region of the source select transistor; and an inner wall of the second through hole. Forming a charge storage region consisting of a tunneling layer, a charge trap layer and a blocking layer, etching the charge storage region at the bottom of the second through hole to expose the channel region of the source select transistor, and etching the inner wall of the second through hole. Forming a channel region of the memory cell, forming a well of the cell transistor by filling a second through hole, and forming a drain select transistor on the cell transistor.

제1 관통홀에 의해 노출된 영역의 소스 영역에 웰을 형성하는 단계는, 소스 선택 트랜지스터의 웰이 형성될 영역을 개방하는 단계와, 개방된 영역을 상기 소스 영역과 반대 도전형으로 도핑시키는 단계를 포함할 수 있다.Forming a well in a source region of a region exposed by the first through hole may include opening a region in which a well of a source select transistor is to be formed, and doping the opened region in an opposite conductivity type to the source region. It may include.

상기 개방된 영역을 소스 영역과 반대 도전형으로 도핑시키는 단계에서, 상기 개방된 영역에 소스 영역과 반대 도전형의 도펀트를 주입하거나, 개방된 영역의 기판을 오버에치할 수 있다.In the step of doping the open region to the opposite conductivity type to the source region, a dopant of the opposite conductivity type to the source region may be implanted into the open region, or the substrate of the open region may be overetched.

상기 소스 선택 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계는, 제1 도전형의 실리콘막을 증착하거나, 도핑되지 않은 실리콘막을 증착한 후 제1 도전형의 도펀트를 주입하여 도핑시켜 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the well of the source selection transistor may include forming a silicon layer of a first conductivity type or by doping by implanting a dopant of a first conductivity type after depositing an undoped silicon layer.

상기 제2 관통홀의 내벽에 터널링층을 형성하는 단계는, 산소 또는 산소와 질소를 포함하는 분위기에서 실리콘화합물을 증착할 수 있다. 상기 터널링층을 형성하는 단계 후, NO 또는 N2O 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the forming of the tunneling layer on the inner wall of the second through hole, the silicon compound may be deposited in an atmosphere containing oxygen or oxygen and nitrogen. After the forming of the tunneling layer, the method may further include heat treatment in an NO or N 2 O atmosphere.

상기 제2 관통홀의 내벽에 전하저장영역을 형성하는 단계 후, 상기 전하저장영역이 형성된 상기 제2 관통홀의 내벽에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After forming the charge storage region on the inner wall of the second through hole, the method may further include forming a protective film on the inner wall of the second through hole in which the charge storage region is formed.

상기 보호막은 폴리실리콘막 또는 질화막으로 형성할 수 있다.The protective film may be formed of a polysilicon film or a nitride film.

상기 셀 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계는, 제1 도전형의 실리콘막을 증착하거나, 도핑되지 않은 실리콘막을 증착한 후 제1 도전형의 도펀트를 주입하여 도핑시켜 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the well of the cell transistor may include forming a silicon layer of a first conductivity type or by doping by implanting a dopant of a first conductivity type after depositing an undoped silicon layer.

본 발명에 따르면, 메모리 셀을 반도체기판으로부터 수직 방향으로 배열함으로써 플래시 메모리소자의 집적도를 증가시킬 수 있다. 또한, 수직으로 배열된 메모리 셀에 웰을 형성함으로써 F-N 터널링 방식으로 메모리 셀의 데이터를 동시에 소거할 수 있다.According to the present invention, the degree of integration of the flash memory device can be increased by arranging the memory cells in a vertical direction from the semiconductor substrate. In addition, by forming wells in vertically arranged memory cells, data of the memory cells may be simultaneously erased by F-N tunneling.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되 어서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as limited by the embodiments described below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자를 도시한 입체도이다.1 is a three-dimensional view showing a flash memory device having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자는, 기판(100) 상에 형성된 소스 선택 트랜지스터와, 상기 소스 선택 트랜지스터 상에 형성되며, 절연층(210)에 의해 분리되도록 반복 적층된 게이트 스택(220)들과, 상기 게이트 스택들을 관통하는 관통홀의 측벽에 형성된 블로킹층, 전하트랩층 및 터널링층으로 이루어진 전하저장영역(240)과, 상기 관통홀을 매립하도록 형성된 채널영역(260)으로 이루어진 메모리 셀들, 그리고 상기 메모리 셀과 접속되도록 형성된 드레인 선택 트랜지스터를 포함한다.Referring to FIG. 1, a flash memory device having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention may include a source select transistor formed on a substrate 100, a source select transistor formed on the source select transistor, and an insulating layer 210. The gate stacks 220 repeatedly stacked so as to be separated from each other, a charge storage region 240 formed of a blocking layer, a charge trap layer, and a tunneling layer formed on sidewalls of the through-holes through the gate stacks, and the through-holes. Memory cells including the channel region 260 formed therein, and a drain select transistor formed to be connected to the memory cell.

소스 선택 트랜지스터, 복수 개의 메모리 셀들, 그리고 드레인 선택 트랜지스터가 기판(100) 상에 수직으로 배열되어 하나의 셀 스트링을 이루며, 기판(100) 상에는 이러한 셀 스트링들이 다수 개 배치된다.The source select transistor, the plurality of memory cells, and the drain select transistor are arranged vertically on the substrate 100 to form a single cell string, and a plurality of such cell strings are disposed on the substrate 100.

소스 선택 트랜지스터는 기판(100) 상에 절연층(120, 140)에 의해 분리되도록 형성된 게이트도전층(130)과, 상기 게이트도전층(130) 및 절연층(120, 140)을 관통하는 관통홀의 내벽에 형성된 게이트절연층(160), 그리고 상기 게이트절연층이 형성된 관통홀을 매립하도록 형성된 채널영역(170)으로 구성된다. 채널영역은 기판(100)에 형성된 소스(110)와 연결된다. 상기 채널영역(170)은 실리콘 에피택셜층으로 이루어지거나, 상기 관통홀 내의 게이트절연층의 측벽으로부터 실리콘 에피택셜층과 폴리실리콘막이 차례로 적층된 구조로 이루어진다.The source selection transistor may include a gate conductive layer 130 formed on the substrate 100 to be separated by the insulating layers 120 and 140, and a through hole penetrating through the gate conductive layer 130 and the insulating layers 120 and 140. The gate insulating layer 160 is formed on the inner wall, and the channel region 170 is formed to fill the through hole in which the gate insulating layer is formed. The channel region is connected to the source 110 formed in the substrate 100. The channel region 170 may be formed of a silicon epitaxial layer, or may have a structure in which a silicon epitaxial layer and a polysilicon layer are sequentially stacked from sidewalls of the gate insulating layer in the through hole.

상기 메모리 셀을 구성하는 게이트 스택(220)은 하나의 셀 스트링에 연결되는 메모리 셀의 개수만큼 반복 적층되어 있다. 하나의 셀 스트링에 연결된 메모리 셀들 사이는 절연층(210)에 의해 분리되고, 동일 층에 배열된 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다.The gate stack 220 constituting the memory cell is repeatedly stacked as many as the number of memory cells connected to one cell string. The memory cells connected to one cell string are separated by the insulating layer 210, and the memory cells arranged on the same layer constitute one page.

드레인 선택 트랜지스터는 소스 선택 트랜지스터와 동일한 구조로 이루어져 있으며, 채널영역(310)은 메모리 셀의 채널영역(260)과 연결된다.The drain select transistor has the same structure as the source select transistor, and the channel region 310 is connected to the channel region 260 of the memory cell.

도 2 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 도 1과 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.2 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts.

도 2를 참조하면, 기판(100)에 셀의 공통 소스를 형성하기 위한 불순물층(110)을 형성한다. 상기 기판(100)은 P 타입의 불순물로 도핑된 단결정 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 상기 불순물층(110)은 반도체기판(100)과 반대 도전형, 예컨대 N 타입의 불순물을 이온주입하여 형성할 수 있다. 다음에, 공통 소스 영역을 한정하기 위하여 사진식각 공정을 이용하여 소스 이외의 영역의 불순물층(110) 및 반도체기판(100)을 식각한다. 결과물 상에 절연막(120)을 증착하여 상기 불순물층을 다른 도전층과 분리시킨다.Referring to FIG. 2, an impurity layer 110 for forming a common source of cells is formed on the substrate 100. The substrate 100 may be a single crystal silicon (Si) substrate doped with a P-type impurity. The impurity layer 110 may be formed by ion implantation of an impurity of an opposite conductivity type, for example, N type, into the semiconductor substrate 100. Next, in order to define the common source region, the impurity layer 110 and the semiconductor substrate 100 in regions other than the source are etched using a photolithography process. An insulating layer 120 is deposited on the resultant to separate the impurity layer from other conductive layers.

도 3을 참조하면, 절연막(120)이 형성된 기판 상에 선택 트랜지스터의 게이트를 형성하기 위한 도전층(130)과, 상기 도전층과 그 상부에 형성되는 도전층을 분리하기 위한 절연층(140)을 차례로 형성한다. 상기 도전층(130)은 불순물이 도핑된 폴리실리콘막, 또는 텅스텐(W)과 같은 금속, 또는 다른 전도성 물질로 10 ∼ 1,000Å의 두께로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3, a conductive layer 130 for forming a gate of a selection transistor on a substrate on which an insulating layer 120 is formed, and an insulating layer 140 for separating the conductive layer and a conductive layer formed thereon. Form in turn. The conductive layer 130 may be formed of a polysilicon layer doped with an impurity, a metal such as tungsten (W), or another conductive material to a thickness of about 10 to about 1,000 μm.

다음에, 소스 선택 트랜지스터의 채널이 형성될 영역의 상기 도전층(130)과 절연층(140)을 식각하여 상기 기판(100)에 형성된 불순물층(110)을 노출시키는 홀(hole)(150)을 형성한다. 상기 홀(hole)(150)은 소스 선택 트랜지스터의 채널이 형성되는 영역으로, 10 ∼ 1,000Å의 지름을 갖도록 형성한다. 홀(hole)(150)을 형성하기 위한 식각공정은 습식식각, 건식식각, 또는 이들을 혼합한 방식으로 진행할 수 있다.Next, a hole 150 exposing the impurity layer 110 formed in the substrate 100 by etching the conductive layer 130 and the insulating layer 140 in the region where the channel of the source select transistor is to be formed. To form. The hole 150 is a region in which a channel of the source select transistor is formed, and is formed to have a diameter of 10 to 1,000 kHz. The etching process for forming the hole 150 may be performed by wet etching, dry etching, or a mixture thereof.

도 4를 참조하면, 상기 홀(hole)의 측면에 예를 들어 실리콘산화막을 10 ∼ 500Å의 두께로 증착하여 소스 선택 트랜지스터의 게이트절연막(160)을 형성한다. 상기 게이트절연막(160)을 형성할 때 산소와 질소를 동시에 포함하는 분위기에서 산화를 실시하여 산질화막(SiON)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 게이트절연막(160)을 형성한 후 NO 가스 또는 N2O 가스 분위기에서 열처리함으로써 게이트절연막의 막질을 향상시킬 수도 있다.Referring to FIG. 4, a gate oxide layer 160 of a source select transistor is formed by depositing, for example, a silicon oxide layer on a side of the hole to a thickness of about 10 to about 500 microseconds. When the gate insulating layer 160 is formed, oxidation may be performed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen at the same time to form an oxynitride layer (SiON). In addition, after the gate insulating film 160 is formed, the film quality of the gate insulating film may be improved by heat treatment in an NO gas or N 2 O gas atmosphere.

다음에, 게이트절연막(160)이 형성된 상기 홀(hole)의 내부를 단결정실리콘(Si)과 같은 반도체층으로 매립한다. 상기 반도체층은 실리콘(Si)을 포함하는 가스분위기에서 상기 불순물층(110)으로부터 실리콘(Si)막이 선택적으로 성장되도록, 예컨대 선택적 에피택셜 성장(SEG) 방법을 사용하여 형성할 수 있으며, 선택 트랜지스터의 채널영역(170)이 된다. 이렇게 하여 채널영역(170), 게이트절연막(160) 및 게이트전극으로서의 도전층(130)으로 이루어진 소스 선택 트랜지스터가 형성된 다.Next, an inside of the hole in which the gate insulating layer 160 is formed is filled with a semiconductor layer such as single crystal silicon (Si). The semiconductor layer may be formed using, for example, a selective epitaxial growth (SEG) method such that the silicon (Si) film is selectively grown from the impurity layer 110 in a gas atmosphere including silicon (Si), and is selected. Becomes the channel region 170 of. In this way, a source select transistor including the channel region 170, the gate insulating layer 160, and the conductive layer 130 as the gate electrode is formed.

도 5를 참조하면, 소스 선택 트랜지스터가 형성된 결과물 상에, 층간절연막(210)과 도전층(220)을 수차례 반복해서 증착한다. 층간절연막(210)은 수직으로 적층되는 메모리 셀 사이를 분리하기 위한 것으로 실리콘산화막, 실리콘질화막, 또는 실리콘산화막과 실리콘질화막의 적층막으로 형성할 수 있다. 상기 도전층(220)은 예컨대 P형 불순물로 도핑된 폴리실리콘막 또는 폴리실리콘게르마늄막, 또는 금속막, 또는 다른 전도성 물질을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 증착하여 형성할 수 있다. 상기 도전층(220)은 하나의 셀 스트링에 연결되는 메모리 셀의 수만큼, 예를 들면 2회, 4회, 8회,....1,000회까지 반복해서 적층할 수 있다. 상기 도전층(220)은 메모리 셀의 컨트롤게이트가 되고, 층간절연막(210)은 수직으로 적층된 메모리 셀 사이를 분리하는 역할을 한다.Referring to FIG. 5, the interlayer insulating film 210 and the conductive layer 220 are repeatedly deposited several times on the resultant material on which the source select transistor is formed. The interlayer insulating layer 210 is used to separate the memory cells stacked vertically, and may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The conductive layer 220 may be formed by, for example, depositing a polysilicon film, a polysilicon germanium film, a metal film, or another conductive material with a thickness of 10 to 1,000 Å doped with P-type impurities. The conductive layer 220 may be repeatedly stacked up to the number of memory cells connected to one cell string, for example, twice, four times, eight times,..., 1,000 times. The conductive layer 220 becomes a control gate of the memory cell, and the interlayer insulating layer 210 serves to separate the memory cells stacked vertically.

도 6을 참조하면, 셀 스트링에 연결되는 메모리 셀의 수만큼 도전층(220)과 층간절연막(210)을 적층한 다음에는, 셀 트랜지스터의 채널 및 전하저장을 위한 ONO 막을 형성하기 위하여 관통홀(230)을 형성한다. 구체적으로, 교대로 적층되어 있는 도전층(210) 및 층간절연막(220)을 이방성식각하여 소스 선택 트랜지스터의 게이트절연막(160) 및 채널영역(170)이 노출되도록 한다. 이때 식각공정은 습식 또는 건식 식각방법을 사용할 수 있고, 관통홀(230)의 크기는 셀 트랜지스터의 채널 역할을 하는 반도체층과 전하저장막 역할을 하는 ONO막으로 갭-필될 수 있는 크기로 형성한다. 본 실시예에서는 상기 관통홀(230)을 10 ∼ 1,000Å의 지름으로 형성하였다.Referring to FIG. 6, after stacking the conductive layer 220 and the interlayer insulating film 210 by the number of memory cells connected to the cell string, the through-holes are formed to form ONO films for channel and charge storage of the cell transistors. 230). In detail, the conductive layers 210 and the interlayer insulating layer 220 stacked alternately are anisotropically etched to expose the gate insulating layer 160 and the channel region 170 of the source selection transistor. In this case, the etching process may use a wet or dry etching method, and the through hole 230 may have a size that may be gap-filled with a semiconductor layer serving as a channel of a cell transistor and an ONO film serving as a charge storage layer. . In this embodiment, the through hole 230 is formed to a diameter of 10 ~ 1,000Å.

도 7을 참조하면, 상기 관통홀(230)의 내벽에 전하저장을 위한 ONO 유전체층(240) 즉, 블로킹층, 전하트랩층 및 터널링층을 차례로 형성한다.Referring to FIG. 7, an ONO dielectric layer 240, that is, a blocking layer, a charge trap layer, and a tunneling layer, may be sequentially formed on the inner wall of the through hole 230.

구체적으로, 관통홀(230)의 내벽에 전하트랩층(도시되지 않음)으로부터 컨트롤게이트전극으로의 전하의 이동을 방지하기 위한 블로킹층을 형성한다. 블로킹층은 화학기상증착(CVD) 방법으로 산화막을 증착하여 형성하거나, 알루미늄옥사이드(Al2O3), 하프늄옥사이드(HfO2), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 하프늄알루미늄옥사이드(HfAlO), 하프늄실리콘옥사이드(HfSiO) 등의 하이-케이(high-k) 물질로 형성할 수 있다. 블로킹층을 형성한 다음에는, 블로킹층이 형성된 반도체기판에 대해 급속열처리(Rapid Thermal Annealing) 공정을 실시할 수 있다.Specifically, a blocking layer is formed on the inner wall of the through hole 230 to prevent the transfer of charge from the charge trap layer (not shown) to the control gate electrode. The blocking layer is formed by depositing an oxide film by chemical vapor deposition (CVD), or by using aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium aluminum oxide (HfAlO), and hafnium silicon. It may be formed of a high-k material such as oxide (HfSiO). After the blocking layer is formed, a rapid thermal annealing process may be performed on the semiconductor substrate on which the blocking layer is formed.

다음에, 관통홀(230)의 내벽에 형성된 블로킹층 상에 예를 들면 실리콘질화막 또는 폴리실리콘막을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 증착하여 전하트랩층을 형성한다. 전하트랩층은 원자층증착(ALD) 방식이나, 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착할 수 있다. 관통홀(230) 내벽의 전하트랩층 상에 산화막을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 증착하여 메모리 셀의 터널링층을 형성한다. 상기 터널링층을 형성할 때 산소와 질소를 동시에 포함하고 있는 분위기에서 실시하여 산질화막(SiON)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 터널링층을 형성한 후 NO 가스 또는 N2O 가스 분위기에서 열처리함으로써 터널링층의 막질을 향상시킬 수도 있다.Next, a charge trap layer is formed by depositing, for example, a silicon nitride film or a polysilicon film on the blocking layer formed on the inner wall of the through hole 230 to a thickness of 10 to 1,000 占 퐉. The charge trap layer may be deposited by atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD). An oxide film is deposited to a thickness of 10 to 1,000 Å on the charge trap layer of the inner wall of the through hole 230 to form a tunneling layer of the memory cell. When forming the tunneling layer may be performed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen at the same time to form an oxynitride (SiON). In addition, after the tunneling layer is formed, the film quality of the tunneling layer may be improved by heat treatment in an NO gas or N 2 O gas atmosphere.

도 8을 참조하면, 관통홀의 내벽에 형성된 터널링층 상에, 후속 ONO 유전체층을 식각하는 과정에서 ONO 유전체층(240)을 보호하기 위한 보호막(250)을 형성한 다. 상기 보호막(250)은 도핑된 폴리실리콘막과 같은 전도성 막 또는 질화막과 같은 절연막으로 형성할 수 있으며, 10 ∼ 1,000Å의 두께로 형성한다. 보호막(250)을 도핑된 폴리실리콘막과 같이 전도성 막으로 형성할 경우, 메모리 셀의 채널영역 또는 채널영역의 일부로 사용할 수 있다.Referring to FIG. 8, a passivation layer 250 is formed on the tunneling layer formed on the inner wall of the through hole to protect the ONO dielectric layer 240 in the subsequent etching of the ONO dielectric layer. The protective film 250 may be formed of a conductive film such as a doped polysilicon film or an insulating film such as a nitride film, and has a thickness of 10 to 1,000 Å. When the passivation layer 250 is formed of a conductive layer such as a doped polysilicon layer, the passivation layer 250 may be used as a channel region or a part of the channel region of the memory cell.

소스 선택 트랜지스터의 채널영역과 메모리 셀의 채널영역을 연결시키기 위하여 관통홀 바닥의 보호막(250), 터널링층, 전하트랩층 및 블로킹층을 식각하여 소스 선택 트랜지스터의 채널영역(170)이 노출되도록 한다. ONO 유전체층(240)의 측면에는 상기 유전체층에 대해 식각 선택비를 갖는 보호막(250)이 형성되어 있기 때문에, 유전체층에 대한 식각 과정에서 유전체층의 식각 또는 식각 손상이 발생하지 않게 된다.In order to connect the channel region of the source select transistor with the channel region of the memory cell, the passivation layer 250, the tunneling layer, the charge trap layer, and the blocking layer at the bottom of the through hole are etched to expose the channel region 170 of the source select transistor. . Since the passivation layer 250 having an etch selectivity with respect to the dielectric layer is formed on the side surface of the ONO dielectric layer 240, the etching or etching damage of the dielectric layer does not occur during the etching process for the dielectric layer.

도 9를 참조하면, 소스 선택 트랜지스터의 채널영역이 노출된 결과물 상에, 상기 관통홀이 매립되도록 도전물질을 증착하여 셀 트랜지스터의 채널영역(260)을 형성한다. 상기 셀 트랜지스터의 채널영역(260)은 불순물이 도핑된 폴리실리콘막 또는 전도성 금속막으로 형성할 수 있다. 상기 채널영역을 형성하기 전에 ONO 유전체층의 측벽에 형성된 보호막을 제거할 수도 있다. 본 실시예에서는 보호막을 제거한 후 채널영역을 형성한다. 한편, 상기 ONO 유전체층(240) 상의 보호막을 도핑된 폴리실리콘막과 같은 전도성 막으로 형성하여 메모리 셀의 채널로 사용할 경우에는 보호막이 형성된 상기 관통홀을 산화막 또는 질화막과 같은 절연막으로 매립할 수도 있다. 이로써, 기판(100)으로부터 소스 선택 트랜지스터와, 절연층(140, 210)에 의해 분리되는 복수 개의 메모리 셀이 형성된 상태가 된다.Referring to FIG. 9, the channel material 260 of the cell transistor is formed by depositing a conductive material so that the through-holes are filled on a result of exposing the channel area of the source selection transistor. The channel region 260 of the cell transistor may be formed of a polysilicon film or a conductive metal film doped with impurities. The protective film formed on the sidewall of the ONO dielectric layer may be removed before the channel region is formed. In this embodiment, after removing the protective film, the channel region is formed. Meanwhile, when the protective film on the ONO dielectric layer 240 is formed of a conductive film such as a doped polysilicon film and used as a channel of a memory cell, the through hole in which the protective film is formed may be filled with an insulating film such as an oxide film or a nitride film. As a result, the source select transistor and the plurality of memory cells separated by the insulating layers 140 and 210 are formed from the substrate 100.

도 10을 참조하면, 복수 개의 메모리 셀이 형성된 결과물 상에 스트링 선택을 위한 드레인 선택 트랜지스터를 형성한다. Referring to FIG. 10, a drain select transistor for string selection is formed on a resultant product in which a plurality of memory cells are formed.

구체적으로, 관통홀이 매립되어 메모리 셀의 채널영역이 형성된 결과물 상에 드레인 선택 트랜지스터와 최상층 메모리 셀을 분리시키기 위한 절연막(270)을 형성한다. 절연막(270) 상에 도핑된 폴리실리콘막, 금속막 또는 다른 전도성 물질막을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 형성하여 드레인 선택 트랜지스터의 게이트를 형성하기 위한 도전층(280)을 형성한다. 계속해서, 드레인 선택 트랜지스터의 게이트용 도전층(280)을 상부의 도전층과 분리시키기 위하여 절연막(290)을 형성한다.In detail, an insulating layer 270 for separating the drain selection transistor and the uppermost memory cell is formed on the resultant through-hole to fill the channel region of the memory cell. A doped polysilicon film, a metal film, or another conductive material film is formed on the insulating film 270 to a thickness of 10 to 1,000 Å to form a conductive layer 280 for forming a gate of the drain select transistor. Subsequently, an insulating film 290 is formed to separate the gate conductive layer 280 of the drain select transistor from the upper conductive layer.

다음에, 드레인 선택 트랜지스터와 메모리 셀 트랜지스터를 연결시키기 위하여, 상기 도전층(280)과 절연막(270, 290)을 이방성식각하여 홀(hole)을 형성한다. 상기 홀을 형성하기 위한 식각공정은 습식식각, 건식식각, 또는 이들을 혼합한 방식으로 진행할 수 있다. 상기 홀은 10 ∼ 1,000Å의 직경으로 형성하며, 도시된 바와 같이 ONO 유전체층 및 메모리 셀의 채널영역(260)이 노출되도록 형성한다. Next, in order to connect the drain selection transistor and the memory cell transistor, the conductive layer 280 and the insulating layers 270 and 290 are anisotropically etched to form holes. The etching process for forming the hole may be performed by wet etching, dry etching, or a mixture thereof. The hole is formed to have a diameter of 10 to 1,000 ,, and the channel region 260 of the ONO dielectric layer and the memory cell is exposed as shown.

도 11을 참조하면, ONO 유전체층(240) 및 메모리 셀의 채널영역(260)이 노출되도록 형성된 상기 홀의 내벽에, 예를 들어 실리콘산화막을 10 ∼ 500Å의 두께로 증착하여 드레인 선택 트랜지스터의 게이트절연막(300)을 형성한다. 상기 드레인 선택 트랜지스터의 게이트절연막(300)을 형성할 때 산소와 질소를 동시에 포함하고 있는 분위기에서 실시하여 산질화막(SiON)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 상기 게이트절연막(300)을 형성한 후 NO 가스 또는 N2O 가스 분위기에서 열처리함으로써 게이트절연막의 막질을 향상시킬 수도 있다.Referring to FIG. 11, a silicon oxide film is deposited on the inner wall of the hole formed so that the ONO dielectric layer 240 and the channel region 260 of the memory cell are exposed to have a thickness of about 10 to 500 kV, for example, to form a gate insulating film of the drain select transistor. 300). When the gate insulating film 300 of the drain selection transistor is formed, the oxygen oxynitride film SiON may be formed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen at the same time. In addition, after the gate insulating film 300 is formed, the film quality of the gate insulating film may be improved by heat treatment in an NO gas or N 2 O gas atmosphere.

다음에, 메모리 셀의 채널영역과 드레인 선택 트랜지스터의 채널영역을 연결시키기 위하여, 상기 홀 바닥의 게이트절연막(300)을 식각하여 메모리 셀의 채널영역이 노출되도록 한다. 상기 게이트절연막(300)을 식각하기 전에 폴리실리콘막과 같은 도전막으로 이루어진 보호막을 홀의 내벽에 형성된 게이트절연막(300) 상에 형성한 후 식각을 수행하여 홀 측벽의 게이트절연막(300)을 보호할 수 있다. 이 경우, 상기 보호막으로 사용된 도전막은 드레인 선택 트랜지스터의 채널영역 또는 채널영역의 일부로 사용될 수 있다.Next, in order to connect the channel region of the memory cell and the channel region of the drain select transistor, the gate insulating layer 300 at the bottom of the hole is etched to expose the channel region of the memory cell. Before etching the gate insulating film 300, a protective film made of a conductive film such as a polysilicon film is formed on the gate insulating film 300 formed on the inner wall of the hole and then etched to protect the gate insulating film 300 on the sidewall of the hole. Can be. In this case, the conductive film used as the passivation film may be used as a channel region or a part of the channel region of the drain select transistor.

메모리 셀의 채널영역이 노출된 결과물 상에, 상기 홀이 매립되도록 반도체층을 형성하여 드레인 선택 트랜지스터의 채널영역(310)을 형성한다. 반도체층은 실리콘(Si)을 포함하는 가스분위기에서 메모리 셀의 채널영역으로부터 실리콘(Si)막이 성장되도록, 예컨대 선택적 에피택셜 성장(SEG) 법을 사용하여 형성할 수 있다. 한편, 상기 게이트절연막 상의 보호막을 도핑된 폴리실리콘막과 같은 전도성 막으로 형성하여 메모리 셀의 채널로 사용할 경우, 컨택홀을 산화막 또는 질화막과 같은 절연막으로 매립할 수도 있다. 다음에, 드레인 선택 트랜지스터들 사이를 분리시키기 위한 식각공정을 수행한다.The semiconductor layer is formed to fill the hole on the result of exposing the channel region of the memory cell to form the channel region 310 of the drain select transistor. The semiconductor layer may be formed using, for example, a selective epitaxial growth (SEG) method so that the silicon (Si) film is grown from the channel region of the memory cell in a gas atmosphere containing silicon (Si). Meanwhile, when the protective layer on the gate insulating layer is formed of a conductive layer such as a doped polysilicon layer and used as a channel of the memory cell, the contact hole may be filled with an insulating layer such as an oxide layer or a nitride layer. Next, an etching process for separating the drain select transistors is performed.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 메모리 셀을 반도체기판으로부터 수직으로 적층함으로써 기판의 면적과 패터닝 한계에 무관하게 메모리 소자의 집적도를 획기적으로 증가시킬 수 있다. 또한, 메모리 셀의 전하저장 영역인 ONO 유전체층을 형성한 후 보호막을 형성함으로써 메모리 셀의 채널영역과 소스 선택 트랜 지스터의 채널영역을 연결시키기 위하여 ONO 유전체층을 식각하는 과정에서 ONO 유전체층의 식각 또는 식각 손상을 방지하여 플래시 소자의 특성 저하를 방지할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by stacking memory cells vertically from a semiconductor substrate, the degree of integration of the memory device can be dramatically increased regardless of the area of the substrate and the patterning limit. In addition, by forming an ONO dielectric layer, which is a charge storage region of the memory cell, and then forming a passivation layer, an etch or etch damage of the ONO dielectric layer is etched during the etching of the ONO dielectric layer in order to connect the channel region of the memory cell to the channel region of the source select transistor. By preventing the deterioration of the characteristics of the flash device can be prevented.

도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자를 도시한 입체도이다.12 and 13 are three-dimensional views showing a flash memory device having a three-dimensional structure according to another embodiment of the present invention.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자는 기판(300) 상에 형성된 소스 선택 트랜지스터와, 상기 소스 선택 트랜지스터 상에 형성되며, 절연층(410)에 의해 분리되도록 반복 적층된 게이트 스택(420)들과, 상기 게이트 스택들을 관통하는 관통홀의 측벽에 형성된 블로킹층, 전하트랩층 및 터널링층으로 이루어진 전하저장영역(440)과, 상기 관통홀 내의 상기 전하저장영역(440) 상에 형성된 채널영역(460)과, 상기 채널영역이 형성된 관통홀을 매립하도록 형성되며, 상기 채널영역과 반대 도전형의 웰영역(470)으로 이루어진 메모리 셀들, 그리고 상기 메모리 셀과 접속되도록 형성된 드레인 선택 트랜지스터를 포함한다.12 and 13, a flash memory device having a three-dimensional structure according to another exemplary embodiment of the present invention may include a source select transistor formed on a substrate 300, a source select transistor formed on the source select transistor, and an insulating layer 410. Gate stacks 420 repeatedly stacked so as to be separated by a plurality of layers), a charge storage region 440 comprising a blocking layer, a charge trap layer, and a tunneling layer formed on sidewalls of the through holes penetrating the gate stacks, and in the through holes. Memory cells including a channel region 460 formed on the charge storage region 440, a through hole in which the channel region is formed, and a well region 470 opposite to the channel region. And a drain select transistor formed to be connected to the memory cell.

도 1에 도시된 첫 번째 실시예의 경우와 마찬가지로, 소스 선택 트랜지스터, 복수 개의 메모리 셀들, 그리고 드레인 선택 트랜지스터가 기판(300) 상에 수직으로 배열되어 셀 스트링을 이루고 있으며, 동일층에 배열된 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 소스 선택 트랜지스터는 상기 기판(300) 상에 절연층(320, 340)에 의해 분리되도록 형성된 게이트도전층(330)과, 상기 게이트도전층(330) 및 절연층(320, 340)을 관통하는 관통홀의 내벽에 형성된 게이트절연층(360), 상기 게 이트절연층의 측벽에 형성된 채널영역(370), 그리고 채널영역이 형성된 상기 관통홀을 매립하도록 형성된 웰영역(380)으로 구성된다. 소스 선택 트랜지스터의 채널영역은 기판(300)에 형성된 소스(310)와 연결되며, 실리콘 에피택셜층으로 이루어지거나, 상기 관통홀 내의 게이트절연층의 측벽으로부터 실리콘 에피택셜층과 폴리실리콘막이 차례로 적층된 구조로 이루어진다.As in the case of the first embodiment shown in FIG. 1, a source select transistor, a plurality of memory cells, and a drain select transistor are arranged vertically on the substrate 300 to form a cell string, and memory cells arranged in the same layer. They constitute a page. The source select transistor penetrates through the gate conductive layer 330 formed to be separated by the insulating layers 320 and 340 on the substrate 300, and passes through the gate conductive layer 330 and the insulating layers 320 and 340. The gate insulating layer 360 formed on the inner wall of the hole, the channel region 370 formed on the sidewall of the gate insulating layer, and the well region 380 formed to fill the through hole in which the channel region is formed. The channel region of the source select transistor is connected to the source 310 formed in the substrate 300, and is formed of a silicon epitaxial layer, or a silicon epitaxial layer and a polysilicon layer are sequentially stacked from sidewalls of the gate insulating layer in the through hole. Made of structure.

상기 메모리 셀을 구성하는 게이트 스택(420)은 하나의 셀 스트링에 연결되는 메모리 셀의 개수만큼 반복 적층되어 있다. 하나의 셀 스트링에 연결된 메모리 셀들 사이는 절연층(410)에 의해 분리된다. 소스 선택 트랜지스터의 채널영역 내부와 메모리 셀의 채널영역 내부에는 상기 채널영역과 반대 도전형, 예를 들면 P형 도펀트로 도핑된 웰영역(380, 470)이 배치된다. 웰영역(380, 470)은 메모리 셀의 전하트랩층에 트랩되어 있는 전하들을 일시에 빼내기 위한 것이다. 종래의 전하트랩형 플래시 소자의 경우 F-N 터널링에 의한 데이터의 소거가 불가능하여 핫일렉트론 주입(HEI) 방식으로 데이터를 소거하기 때문에 소거 속도가 느린 단점이 있었다. 그러나, 본 발명의 경우, 메모리 셀의 전하트랩층에 저장되어 있는 전하들을 웰영역(470)으로 일시에 빼내고 이를 소스 선택 트랜지스터의 웰영역(380)으로 주입되도록 함으로써 플래시 메모리소자의 장점인 일시 소거가 가능하게 된다.The gate stack 420 constituting the memory cell is repeatedly stacked as many as the number of memory cells connected to one cell string. The memory cells connected to one cell string are separated by an insulating layer 410. Well regions 380 and 470 doped with a conductive type opposite to the channel region, for example, a P-type dopant, are disposed in the channel region of the source select transistor and in the channel region of the memory cell. The well regions 380 and 470 are for temporarily pulling out the charges trapped in the charge trap layer of the memory cell. In the conventional charge trapping flash device, since the data cannot be erased by F-N tunneling, the data is erased by a hot electron injection (HEI) method. However, in the case of the present invention, by temporarily extracting the charges stored in the charge trap layer of the memory cell into the well region 470 and injected into the well region 380 of the source select transistor to temporarily erase, which is an advantage of the flash memory device. Becomes possible.

드레인 선택 트랜지스터의 경우 스트링을 선택하는 기능을 하면 되므로 도 13에 도시된 것처럼 웰영역(530)을 구비하거나, 또는 도 12와 같이 웰영역을 구비하지 않을 수도 있다.In the case of the drain select transistor, the string selection function may be performed, and thus the well selection region 530 may be provided as shown in FIG. 13, or may not include the well region as illustrated in FIG. 12.

도 14 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메 모리소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.14 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device having a three-dimensional structure according to another embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 기판(300)에 셀의 공통 소스를 형성하기 위한 불순물층(310)을 형성한다. 상기 기판(300)은 P타입 불순물로 도핑된 단결정 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 상기 불순물층(310)은 기판(100)과 반대 도전형, 예컨대 N타입의 불순물을 이온주입하여 형성할 수 있다. 다음에, 공통 소스 영역을 한정하기 위하여 사진식각 공정을 이용하여 소스 이외의 영역의 불순물층(310) 및 기판(300)을 식각한다. 결과물 상에 절연막(320)을 증착하여 소스 영역을 다른 도전층과 분리시킨다.Referring to FIG. 14, an impurity layer 310 for forming a common source of cells is formed on the substrate 300. The substrate 300 may be a single crystal silicon (Si) substrate doped with P-type impurities. The impurity layer 310 may be formed by ion implantation of an impurity of a conductivity type, for example, N type, with the substrate 100. Next, in order to define the common source region, the impurity layer 310 and the substrate 300 in regions other than the source are etched using a photolithography process. The insulating layer 320 is deposited on the resultant to separate the source region from other conductive layers.

절연막(320)이 형성된 기판 상에 선택 트랜지스터의 게이트를 형성하기 위한 도전층(330)과, 상기 도전층과 그 상부에 형성되는 도전층을 분리하기 위한 절연층(340)을 차례로 형성한다. 상기 도전층(330)은 불순물이 도핑된 폴리실리콘막, 또는 텅스텐(W)과 같은 금속, 또는 다른 전도성 물질로 10 ∼ 1,000Å의 두께로 형성할 수 있다.A conductive layer 330 for forming a gate of the selection transistor and a insulating layer 340 for separating the conductive layer and the conductive layer formed thereon are sequentially formed on the substrate on which the insulating layer 320 is formed. The conductive layer 330 may be formed of a polysilicon layer doped with an impurity, a metal such as tungsten (W), or another conductive material to a thickness of about 10 to about 1,000 mm 3.

다음에, 소스 선택 트랜지스터의 채널이 형성될 영역의 상기 도전층(330)과 절연층(340)을 식각하여 기판의 불순물층(310)을 노출시키는 홀(hole)(350)을 형성한다. 상기 홀(hole)(350)은 소스 선택 트랜지스터의 채널이 형성되는 영역으로, 10 ∼ 1,000Å의 지름을 갖도록 형성한다. 홀(hole)(350)을 형성하기 위한 식각공정은 습식식각, 건식식각, 또는 이들을 혼합한 방식으로 진행할 수 있다.Next, the conductive layer 330 and the insulating layer 340 in the region where the channel of the source select transistor is to be formed are etched to form a hole 350 exposing the impurity layer 310 of the substrate. The hole 350 is a region in which a channel of the source select transistor is formed and is formed to have a diameter of 10 to 1,000 Å. The etching process for forming the hole 350 may be performed by wet etching, dry etching, or a mixture thereof.

도 15를 참조하면, 상기 홀(hole)의 측면에 예를 들어 실리콘산화막을 10 ∼ 500Å의 두께로 증착하여 소스 선택 트랜지스터의 게이트절연막(360)을 형성한다. 상기 게이트절연막(360)을 형성할 때 산소와 질소를 동시에 포함하고 있는 분위기에서 실시하여 산질화막(SiON)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 게이트절연막(360)을 형성한 후 NO 가스 또는 N2O 가스 분위기에서 열처리함으로써 게이트절연막의 막질을 향상시킬 수도 있다.Referring to FIG. 15, a gate oxide film 360 of a source select transistor is formed by depositing a silicon oxide film on a side of the hole, for example, in a thickness of 10 to 500 占 퐉. When the gate insulating layer 360 is formed, the gate insulating layer 360 may be formed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen at the same time to form an oxynitride layer (SiON). In addition, after the gate insulating film 360 is formed, the film quality of the gate insulating film may be improved by heat treatment in an NO gas or N 2 O gas atmosphere.

다음에, 게이트절연막(360)이 형성된 홀(hole) 측면에 소스 선택 트랜지스터의 채널을 형성하기 위하여 단결정실리콘(Si)과 같은 반도체층을 형성한다. 상기 반도체층은 기판(300)과 반대 도전형, 예를 들어 N형으로 도핑된 실리콘층으로 형성한다. 상기 반도체층은 실리콘(Si)을 포함하는 가스분위기에서 상기 불순물층(310)으로부터 실리콘(Si)막이 성장되도록, 예컨대 선택적 에피택셜 성장(SEG) 법을 사용하여 형성할 수 있으며, 선택 트랜지스터의 채널영역(370)이 된다. 이때, 첫 번째 실시예의 경우와는 달리 상기 홀(hole)을 반도체층으로 매립하는 것이 아니라, 홀의 중심부에 P-웰을 형성하기 위하여 홀의 측벽에만 반도체층이 형성되도록 한다.Next, a semiconductor layer such as single crystal silicon (Si) is formed in order to form a channel of the source select transistor on the side of the hole in which the gate insulating film 360 is formed. The semiconductor layer is formed of a silicon layer doped with an opposite conductivity type, for example, N-type, to the substrate 300. The semiconductor layer may be formed using, for example, a selective epitaxial growth (SEG) method so that the silicon (Si) film is grown from the impurity layer 310 in a gas atmosphere including silicon (Si), and may be a channel of a selection transistor. Area 370. In this case, unlike the case of the first embodiment, the semiconductor layer is formed only on the sidewalls of the holes to form the P-well in the center of the holes, rather than filling the holes with the semiconductor layers.

다음에, 소스 선택 트랜지스터 영역에 형성되는 P웰과 기판을 연결시키기 위하여, 홀(hole)을 통해 P형 불순물을 이온주입하여 웰 하부의 불순물층(310)을 P형으로 도핑시키거나, 상기 홀을 통해 노출된 불순물층(310)을 오버식각하여 P형 기판이 노출되도록 한다. 다음에, 홀(hole)의 중심부를 P형 실리콘층으로 매립하여 메모리 셀의 P웰과 연결시키기 위한 P웰(380)을 형성한다.Next, in order to connect the P well formed in the source select transistor region to the substrate, a P type impurity is implanted through a hole to dope the impurity layer 310 below the well to a P type or The P-type substrate is exposed by over-etching the impurity layer 310 exposed through the semiconductor layer. Next, the center of the hole is filled with a P-type silicon layer to form a P well 380 for connecting with the P well of the memory cell.

도 16을 참조하면, 소스 선택 트랜지스터가 형성된 결과물 상에, 층간절연 막(410)과 도전층(420)을 수차례 반복해서 증착한다. 층간절연막(410)은 수직으로 적층되는 메모리 셀 사이를 분리하기 위한 것으로 실리콘산화막, 실리콘질화막, 또는 실리콘산화막과 실리콘질화막의 적층막으로 형성할 수 있다. 상기 도전층(420)은 예컨대 P형 불순물로 도핑된 폴리실리콘 또는 폴리실리콘게르마늄막, 또는 금속막, 또는 다른 전도성 물질을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 증착하여 형성할 수 있다. 상기 도전층(420)은 하나의 셀 스트링에 연결되는 메모리 셀의 수만큼 반복해서 적층할 수 있다. 상기 도전층(420)은 메모리 셀의 컨트롤게이트가 되고, 층간절연막(410)은 수직으로 적층된 메모리 셀 사이를 분리하는 역할을 한다.Referring to FIG. 16, the interlayer insulating film 410 and the conductive layer 420 are repeatedly deposited several times on the resultant formed source select transistor. The interlayer insulating film 410 is used to separate memory cells stacked vertically, and may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The conductive layer 420 may be formed by, for example, depositing a polysilicon, a polysilicon germanium film, a metal film, or another conductive material with a thickness of 10 to 1,000 Å doped with a P-type impurity. The conductive layer 420 may be repeatedly stacked as many as the number of memory cells connected to one cell string. The conductive layer 420 serves as a control gate of the memory cell, and the interlayer insulating layer 410 separates the memory cells stacked vertically.

셀 스트링에 연결되는 메모리 셀의 수만큼 도전층(420)과 층간절연막(410)을 적층한 다음에는, 셀 트랜지스터의 채널 및 전하저장을 위한 ONO 막을 형성하기 위하여 관통홀(430)을 형성한다. 구체적으로, 교대로 적층되어 있는 도전층(410) 및 층간절연막(420)을 이방성식각하여 소스 선택 트랜지스터의 게이트절연막(360) 및 채널영역(370)이 노출되도록 한다. 이때 식각공정은 습식 또는 건식 식각방법을 사용할 수 있고, 관통홀(430)의 크기는 셀 트랜지스터의 채널 역할을 할 반도체층과 ONO막으로 갭-필될 수 있는 크기로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 관통홀(430)을 10 ∼ 1,000Å의 지름으로 형성하였다.After stacking the conductive layer 420 and the interlayer insulating layer 410 as many as the number of memory cells connected to the cell string, a through hole 430 is formed to form an ONO film for channel and charge storage of the cell transistor. In detail, the conductive layers 410 and the interlayer insulating layer 420 that are alternately stacked are anisotropically etched to expose the gate insulating layer 360 and the channel region 370 of the source selection transistor. In this case, the etching process may use a wet or dry etching method, and the through hole 430 may have a size that can be gap-filled with the semiconductor layer and the ONO layer that will act as a channel of the cell transistor. In this embodiment, the through hole 430 is formed to a diameter of 10 ~ 1,000Å.

도 17을 참조하면, 상기 관통홀(430)의 내벽에 전하저장을 위한 ONO 유전체층(440) 즉, 블로킹층, 전하트랩층 및 터널링층을 차례로 형성한다. Referring to FIG. 17, an ONO dielectric layer 440, that is, a blocking layer, a charge trap layer, and a tunneling layer, may be sequentially formed on the inner wall of the through hole 430.

구체적으로, 상기 관통홀(430)의 내벽에 전하트랩층(도시되지 않음)으로부터 컨트롤게이트전극으로의 전하의 이동을 방지하기 위한 블로킹층을 형성한다. 블로 킹층은 화학기상증착(CVD) 방법으로 산화막을 증착하여 형성하거나, 알루미늄옥사이드(Al2O3), 하프늄옥사이드(HfO2), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 하프늄알루미늄옥사이드(HfAlO), 하프늄실리콘옥사이드(HfSiO) 등의 하이-케이(high-k) 물질로 형성할 수 있다. 블로킹층을 형성한 다음에는, 블로킹층이 형성된 반도체기판에 대해 급속열처리(Rapid Thermal Annealing)를 실시할 수 있다.Specifically, a blocking layer is formed on the inner wall of the through hole 430 to prevent the movement of charge from the charge trap layer (not shown) to the control gate electrode. The blocking layer is formed by depositing an oxide film by chemical vapor deposition (CVD), or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium aluminum oxide (HfAlO), hafnium silicon It may be formed of a high-k material such as oxide (HfSiO). After the blocking layer is formed, rapid thermal annealing may be performed on the semiconductor substrate on which the blocking layer is formed.

다음, 관통홀(430)의 내벽에 형성된 블로킹층 상에 예를 들면 실리콘질화막 또는 폴리실리콘막을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 증착하여 전하트랩층을 형성한다. 전하트랩층은 원자층증착(ALD) 방식이나, 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착할 수 있다. 상기 관통홀(430) 내벽의 전하트랩층 상에 산화막을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 증착하여 메모리 셀의 터널링층을 형성한다. 상기 터널링층을 형성할 때 산소와 질소를 동시에 포함하고 있는 분위기에서 실시하여 산질화막(SiON)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 터널링층을 형성한 후 NO 가스 또는 N2O 가스 분위기에서 열처리함으로써 막질을 향상시킬 수도 있다.Next, a charge trap layer is formed by depositing, for example, a silicon nitride film or a polysilicon film on the blocking layer formed on the inner wall of the through hole 430 to a thickness of 10 to 1,000 Å. The charge trap layer may be deposited by atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD). An oxide film is deposited on the charge trap layer of the inner wall of the through hole 430 to a thickness of 10 to 1,000 Å to form a tunneling layer of the memory cell. When forming the tunneling layer may be performed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen at the same time to form an oxynitride (SiON). In addition, after forming the tunneling layer, the film quality may be improved by heat treatment in an NO gas or N 2 O gas atmosphere.

관통홀의 내벽에 형성된 터널링층 상에, 후속 ONO 유전체층을 식각하는 과정에서 터널링층을 보호하기 위한 보호막(450)을 형성한다. 상기 보호막(450)은 도핑된 폴리실리콘막과 같은 전도성 막 또는 질화막과 같은 절연막으로 형성할 수 있으며, 10 ∼ 1,000Å의 두께로 형성할 수 있다. 보호막(450)을 도핑된 폴리실리콘막과 같이 전도성 막으로 형성할 경우 메모리 셀의 채널영역 또는 채널영역의 일부로 사용할 수 있다.On the tunneling layer formed on the inner wall of the through hole, a protective film 450 is formed to protect the tunneling layer in the subsequent etching of the ONO dielectric layer. The protective film 450 may be formed of a conductive film, such as a doped polysilicon film, or an insulating film, such as a nitride film, and may be formed to a thickness of 10 to 1,000 Å. When the passivation layer 450 is formed of a conductive layer such as a doped polysilicon layer, the passivation layer 450 may be used as a channel region or a part of the channel region of the memory cell.

도 18을 참조하면, 소스 선택 트랜지스터의 채널영역과 메모리 셀의 채널영역을 연결시키기 위하여 관통홀 바닥의 보호막(450), 터널링층, 전하트랩층 및 블로킹층을 식각하여 소스 선택 트랜지스터의 채널영역이 노출되도록 한다. 경우에 따라서, 상기 보호막(450)을 형성하지 않은 상태에서 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 노출시키기 위한 식각공정을 진행할 수도 있다.Referring to FIG. 18, the passivation layer 450, the tunneling layer, the charge trap layer, and the blocking layer at the bottom of the through-hole are etched to connect the channel region of the source select transistor with the channel region of the memory cell so that the channel region of the source select transistor is etched. Allow exposure. In some cases, an etching process for exposing the channel region of the source select transistor may be performed without forming the passivation layer 450.

결과물 상에 예를 들면 N형으로 도핑된 실리콘막을 증착하여 메모리 셀의 채널영역(460)을 형성한다. 상기 메모리 셀의 채널영역(460)은 소스 선택 트랜지스터의 채널영역(370)과 연결된다. 다음에, 메모리 셀의 웰 영역과 소스 선택 트랜지스터에 형성된 웰영역을 연결시키기 위하여, 관통홀 바닥의 도핑된 실리콘막을 식각하여 소스 선택 트랜지스터의 웰영역이 노출되도록 한다. 이어서, 관통홀 중심부에 도핑된 실리콘막을 매립하여 웰 영역(470)을 형성한다. 상기 웰 영역(470)은 채널영역(460)과는 반대 도전형이며 기판(300)과 같은 도전형인 P형 도펀트로 도핑된 실리콘막을 증착하여 형성할 수 있다. 또는, 메모리 셀의 채널영역(460)과 동일한 도전형으로 도핑된 실리콘막을 증착한 이후에 이온주입과 같은 도핑방법을 사용하여 P형으로 카은투 도핑시켜 형성할 수 있다.For example, an N-type doped silicon film is deposited on the resultant to form the channel region 460 of the memory cell. The channel region 460 of the memory cell is connected to the channel region 370 of the source select transistor. Next, in order to connect the well region of the memory cell with the well region formed in the source select transistor, the doped silicon film at the bottom of the through hole is etched to expose the well region of the source select transistor. Subsequently, the doped silicon film is buried in the center of the through hole to form the well region 470. The well region 470 may be formed by depositing a silicon film doped with a P-type dopant having a conductivity opposite to that of the channel region 460 and the same conductivity as that of the substrate 300. Alternatively, after the silicon film doped with the same conductivity type as the channel region 460 of the memory cell is deposited, it may be formed by silver-to-doped P-type using a doping method such as ion implantation.

도 19를 참조하면, 스트링 선택을 위한 드레인 선택 트랜지스터를 형성한다. 구체적으로, 관통홀이 매립된 결과물 상에 드레인 선택 트랜지스터와 메모리 셀을 분리시키기 위한 절연막(480)을 형성한다. 절연막(480) 상에 도핑된 폴리실리콘막, 금속막 또는 다른 전도성 물질막을 10 ∼ 1,000Å의 두께로 형성하여 드레인 선택 트랜지스터의 게이트용 도전층(490)을 형성한다. 계속해서, 상기 드레인 선택 트랜 지스터의 게이트용 도전층(490)을 상부의 도전층과 분리시키기 위하여 절연막(500)을 형성한다.Referring to FIG. 19, a drain select transistor for string selection is formed. Specifically, an insulating film 480 for separating the drain select transistor and the memory cell is formed on the resultant through-hole filling. A doped polysilicon film, a metal film, or another conductive material film is formed on the insulating film 480 to a thickness of 10 to 1,000 Å to form the gate conductive layer 490 of the drain select transistor. Subsequently, an insulating film 500 is formed to separate the gate conductive layer 490 of the drain select transistor from the upper conductive layer.

다음에, 드레인 선택 트랜지스터와 메모리 셀 트랜지스터를 연결시키기 위하여 상기 도전층(490)과 절연막(480, 500)을 이방성식각하여 메모리 셀 트랜지스터의 채널영역을 노출시키는 홀을 형성한다. 상기 홀을 형성하기 위한 식각공정은 습식식각, 건식식각, 또는 이들을 혼합한 방식으로 진행할 수 있다. 상기 홀은 10 ∼ 1,000Å의 직경으로 형성할 수 있다.Next, in order to connect the drain select transistor and the memory cell transistor, the conductive layer 490 and the insulating layers 480 and 500 are anisotropically etched to form holes for exposing the channel region of the memory cell transistor. The etching process for forming the hole may be performed by wet etching, dry etching, or a mixture thereof. The hole may be formed to a diameter of 10 to 1,000 mm 3.

상기 홀의 내벽에 예를 들어 실리콘산화막을 10 ∼ 500Å의 두께로 증착하여 드레인 선택 트랜지스터의 게이트절연막(510)을 형성한다. 상기 드레인 선택 트랜지스터의 게이트절연막(510)을 형성할 때 산소와 질소를 동시에 포함하고 있는 분위기에서 실시하여 산질화막(SiON)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 상기 게이트절연막(510)을 형성한 후 NO 가스 또는 N2O 가스 분위기에서 열처리함으로써 게이트절연막의 막질을 향상시킬 수도 있다.A silicon oxide film is deposited on the inner wall of the hole, for example, in a thickness of 10 to 500 Å to form a gate insulating film 510 of the drain select transistor. When forming the gate insulating layer 510 of the drain selection transistor, the oxynitride layer SiON may be formed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen at the same time. In addition, after the gate insulating film 510 is formed, the film quality of the gate insulating film may be improved by heat treatment in an NO gas or N 2 O gas atmosphere.

다음에, 메모리 셀의 채널영역과 드레인 선택 트랜지스터의 채널영역을 연결시키기 위하여 상기 홀 바닥의 게이트절연막(510)을 식각하여 메모리 셀의 채널영역이 노출되도록 한다. 상기 게이트절연막(510)을 식각하기 전에 폴리실리콘막과 같은 도전막으로 이루어진 보호막을 홀의 내벽에 형성된 게이트절연막(510) 상에 형성한 후 식각을 수행하여 홀 측벽의 게이트절연막(510)을 보호할 수 있다. 이 경우, 상기 보호막으로 사용된 도전막은 드레인 선택 트랜지스터의 채널영역 또는 채 널영역의 일부로 사용될 수 있다.Next, in order to connect the channel region of the memory cell and the channel region of the drain select transistor, the gate insulating layer 510 is etched to expose the channel region of the memory cell. Before etching the gate insulating film 510, a protective film made of a conductive film such as a polysilicon film is formed on the gate insulating film 510 formed on the inner wall of the hole and then etched to protect the gate insulating film 510 on the sidewall of the hole. Can be. In this case, the conductive film used as the passivation film may be used as part of the channel region or the channel region of the drain select transistor.

메모리 셀의 채널영역이 노출된 결과물 상에, 상기 홀이 매립되도록 반도체층을 형성하여 드레인 선택 트랜지스터의 채널영역(520)을 형성한다. 반도체층은 실리콘(Si)을 포함하는 가스분위기에서 메모리 셀의 채널영역으로부터 실리콘(Si)막이 성장되도록, 예컨대 선택적 에피택셜 성장(SEG) 법을 사용하여 형성할 수 있다. The semiconductor layer is formed to fill the hole with the channel region of the memory cell, thereby forming the channel region 520 of the drain select transistor. The semiconductor layer may be formed using, for example, a selective epitaxial growth (SEG) method so that the silicon (Si) film is grown from the channel region of the memory cell in a gas atmosphere containing silicon (Si).

한편, 도 20에 도시된 바와 같이, 드레인 선택 트랜지스터의 경우에도 소스 선택 트랜지스터의 경우와 마찬가지로 채널영역에 P웰(530)을 형성할 수 있다. As shown in FIG. 20, the P well 530 may be formed in the channel region similarly to the case of the source select transistor in the case of the drain select transistor.

다음에, 드레인 선택 트랜지스터를 사이를 분리시키기 위한 식각공정을 수행한다.Next, an etching process for separating the drain select transistors is performed.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자를 도시한 입체도이다.1 is a three-dimensional view showing a flash memory device having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.2 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자를 도시한 입체도이다.12 is a three-dimensional view showing a flash memory device having a three-dimensional structure according to another embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자를 도시한 입체도이다.14 is a three-dimensional view showing a flash memory device having a three-dimensional structure according to another embodiment of the present invention.

도 15 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 구조의 플래시 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.15 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device having a three-dimensional structure according to another embodiment of the present invention.

Claims (16)

기판에 소스 영역을 형성하는 단계;Forming a source region in the substrate; 상기 기판 상에, 상기 소스 영역과 연결된 소스 선택 트랜지스터를 형성하는 단계;Forming a source select transistor connected to the source region on the substrate; 상기 소스 선택 트랜지스터가 형성된 기판 상에 절연층과 도전층을 교대로 복수 회 형성하여 복수 개의 메모리 셀의 게이트를 형성하는 단계;Forming gates of a plurality of memory cells by alternately forming an insulating layer and a conductive layer on the substrate on which the source select transistor is formed; 상기 절연층과 도전층을 식각하여 상기 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계;Etching the insulating layer and the conductive layer to form a through hole exposing a channel region of the source selection transistor; 상기 관통홀의 내벽에 터널링층, 전하트랩층 및 블로킹층으로 이루어진 전하저장영역을 형성하는 단계;Forming a charge storage region including a tunneling layer, a charge trap layer, and a blocking layer on an inner wall of the through hole; 상기 전하저장영역이 형성된 관통홀의 내 측벽에 보호막을 형성하는 단계;Forming a protective film on an inner sidewall of the through hole in which the charge storage region is formed; 상기 소스 선택 트랜지스터의 채널 영역을 노출시키는 단계;Exposing a channel region of the source select transistor; 상기 관통홀을 반도체층으로 매립하여 셀 트랜지스터의 채널영역을 형성하는 단계; 및Filling the through hole with a semiconductor layer to form a channel region of a cell transistor; And 상기 셀 트랜지스터 상에 드레인 선택 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And forming a drain select transistor on the cell transistor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스 선택 트랜지스터를 형성하는 단계는,Forming the source select transistor, 상기 기판 상에 절연층과 도전층을 차례로 적층하는 단계와,Sequentially stacking an insulating layer and a conductive layer on the substrate; 상기 절연층 및 도전층을 식각하여 상기 소스 영역을 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계와,Etching the insulating layer and the conductive layer to form a through hole exposing the source region; 상기 관통홀의 내벽에 게이트절연막을 형성하는 단계와,Forming a gate insulating film on an inner wall of the through hole; 상기 소스 영역이 노출되도록 상기 게이트절연막을 식각하는 단계, 및Etching the gate insulating film to expose the source region, and 상기 관통홀을 반도체층으로 매립하여 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And filling the through-holes with a semiconductor layer to form a channel region of a source select transistor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보호막은 폴리실리콘막 또는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And the protective film is formed of a polysilicon film or a nitride film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 관통홀을 반도체층으로 매립하기 전에, 상기 보호막을 제거하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And removing the protective film before filling the through-holes with the semiconductor layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 셀의 게이트를 형성하기 위한 상기 도전층은 폴리실리콘 또는 금속으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.The conductive layer for forming the gate of the memory cell is a method of manufacturing a flash memory device, characterized in that formed of polysilicon or metal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 터널링층을 형성하는 단계에서,In the forming of the tunneling layer, 산소 또는 산소와 질소를 포함하는 분위기에서 실리콘화합물을 증착하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.A method of manufacturing a flash memory device comprising depositing a silicon compound in an atmosphere containing oxygen or oxygen and nitrogen. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 터널링층을 형성하는 단계 후,After forming the tunneling layer, NO 또는 N2O 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.A method of manufacturing a flash memory device, characterized in that it further comprises the step of heat treatment in NO or N 2 O atmosphere. 기판에 소스 영역을 형성하는 단계;Forming a source region in the substrate; 상기 기판 상에, 절연막과 도전층을 형성하는 단계;Forming an insulating film and a conductive layer on the substrate; 상기 소스 영역을 노출시키는 제1 관통홀을 형성하는 단계;Forming a first through hole exposing the source region; 상기 제1 관통홀의 측벽에 소스 선택 트랜지스터의 게이트절연막 및 채널영역을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a gate insulating film and a channel region of a source selection transistor on sidewalls of the first through hole; 제1 관통홀에 의해 노출된 영역의 상기 소스 영역에 웰을 형성하는 단계;Forming a well in the source region of the region exposed by the first through hole; 상기 제1 관통홀을 매립하여 소스 선택 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계;Filling the first through hole to form a well of a source select transistor; 상기 소스 선택 트랜지스터의 웰이 형성된 기판 상에, 절연층과 도전층을 교대로 복수 회 형성하여 복수 개의 메모리 셀의 게이트를 형성하는 단계;Forming gates of a plurality of memory cells by alternately forming an insulating layer and a conductive layer on the substrate on which the wells of the source selection transistor are formed; 상기 절연층과 도전층을 식각하여 상기 소스 선택 트랜지스터의 채널영역을 노출시키는 제2 관통홀을 형성하는 단계;Etching the insulating layer and the conductive layer to form a second through hole exposing a channel region of the source selection transistor; 상기 제2 관통홀의 내벽에 터널링층, 전하트랩층 및 블로킹층으로 이루어진 전하저장영역을 형성하는 단계;Forming a charge storage region including a tunneling layer, a charge trap layer, and a blocking layer on an inner wall of the second through hole; 상기 소스 선택 트랜지스터의 채널 영역이 노출되도록 상기 제2 관통홀 바닥의 전하저장영역을 식각하는 단계;Etching the charge storage region at the bottom of the second through hole to expose the channel region of the source select transistor; 상기 제2 관통홀의 내벽에 메모리 셀의 채널영역을 형성하는 단계;Forming a channel region of a memory cell on an inner wall of the second through hole; 상기 제2 관통홀을 매립하여 셀 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계; 및Filling the second through hole to form a well of a cell transistor; And 상기 셀 트랜지스터 상에 드레인 선택 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And forming a drain select transistor on the cell transistor. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 제1 관통홀에 의해 노출된 영역의 소스 영역에 웰을 형성하는 단계는,Forming the well in the source region of the region exposed by the first through hole, 소스 선택 트랜지스터의 웰이 형성될 영역을 개방하는 단계와,Opening a region where a well of a source select transistor is to be formed; 개방된 영역을 상기 소스 영역과 반대 도전형으로 도핑시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And doping the open region into a conductivity type opposite to that of the source region. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 개방된 영역을 소스 영역과 반대 도전형으로 도핑시키는 단계는,Doping the open region with a conductivity opposite to the source region, 상기 개방된 영역에 소스 영역과 반대 도전형의 도펀트를 주입하거나,Implanting a dopant of a conductivity type opposite to that of the source region into the open region; 개방된 영역의 기판을 오버에치하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.A method of manufacturing a flash memory device comprising overetching a substrate in an open area. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 소스 선택 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계는,Forming a well of the source select transistor, 제1 도전형의 실리콘막을 증착하거나, 도핑되지 않은 실리콘막을 증착한 후 제1 도전형의 도펀트를 주입하여 도핑시켜 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And depositing a doped silicon film of a first conductivity type or injecting a dopant of a first conductivity type after the deposition of an undoped silicon film. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2 관통홀의 내벽에 터널링층을 형성하는 단계는,Forming a tunneling layer on the inner wall of the second through hole, 산소 또는 산소와 질소를 포함하는 분위기에서 실리콘화합물을 증착하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.A method of manufacturing a flash memory device comprising depositing a silicon compound in an atmosphere containing oxygen or oxygen and nitrogen. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 터널링층을 형성하는 단계 후,After forming the tunneling layer, NO 또는 N2O 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.A method of manufacturing a flash memory device, characterized in that it further comprises the step of heat treatment in NO or N 2 O atmosphere. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2 관통홀의 내벽에 전하저장영역을 형성하는 단계 후,After forming a charge storage region on the inner wall of the second through hole, 상기 전하저장영역이 형성된 상기 제2 관통홀의 내벽에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And forming a passivation layer on an inner wall of the second through hole in which the charge storage region is formed. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 보호막은 폴리실리콘막 또는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And the protective film is formed of a polysilicon film or a nitride film. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 셀 트랜지스터의 웰을 형성하는 단계는,Forming the well of the cell transistor, 제1 도전형의 실리콘막을 증착하거나, 도핑되지 않은 실리콘막을 증착한 후 제1 도전형의 도펀트를 주입하여 도핑시켜 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리소자의 제조방법.And depositing a doped silicon film of a first conductivity type or injecting a dopant of a first conductivity type after the deposition of an undoped silicon film.
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